(57)【要約】【課題】  電子顕微鏡など電子ビームを用いる装置の真空排気にこの分子ポンプを採用した場合、ポンプからの漏れ磁場により電子ビームの軌道が影響をうけるため、このような課題を解決する分子ポンプを提供する。【解決手段】  ポンプ機台部に設けられ回転体４を軸受する磁気軸受８Ａ、８Ｒを設置する関係でポンプの吸気口６の部位に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材Ｓ１を吸気口６の部位に設ける。また、図１には示されていないが、吸気口６に異物混入を防止するネット６Ｎが付設されている分子ポンプにおいては、前記回転体４の軸方向から吸気口６の部位に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を前記ネット６Ｎにあるいはネット６Ｎの中央部に磁気シールド部材Ｓ１を設けたものである。したがって、磁束はこれら磁気シールド部材でシールドされ漏洩されない。【選択図】          図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気する分子ポンプにおいて、前記回転体の軸芯上でかつ吸気口部位に回転体の軸方向からポンプ外部に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を付設したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項２】
磁気シールド部材が強磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の分子ポンプ。
【請求項３】
ポンプ機台部の底部に設けられ回転体を軸受する磁気軸受からポンプ底部の外方に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材をポンプ機台部の底部に設けたことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項４】
磁気シールド部材が強磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項３記載の分子ポンプ。
【請求項５】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気するポンプであり、吸気口には異物混入を防止するネットが付設されている分子ポンプにおいて、前記回転体の軸芯上でかつネットの部位に、回転体の軸方向からポンプ外部に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を設置したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項６】
磁気シールド部材が強磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項５記載の分子ポンプ。
【請求項７】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気するポンプであり、吸気口には異物混入を防止するネットが付設されている分子ポンプにおいて、前記回転体の軸方向からポンプ上方に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を前記ネットで構成したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項８】
ネットが強磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項７記載の分子ポンプ。
【請求項９】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気するポンプであり、ポンプ機台部の底部に設置された磁気軸受の部位からポンプ底部に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材をポンプ機台部の底部の外方面に付設したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項１０】
磁気シールド部材が強磁性体材料で構成されていることを特徴とする請求項９記載の分子ポンプ。
【請求項１１】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気するポンプにおいて、ケーシングの内周面と回転体保持部の外周面に磁気シールド部材を付設したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項１２】
円筒状のケーシング内に磁気軸受を介して回転自在に保持された回転体に複数段固定された回転翼と、前記ケーシング内周側に固定された複数段の固定翼と、前記回転体を高速回転させるモータを備えて回転翼と固定翼からなるターボ機構を構成し、このターボ機構を作動させて前記ケーシングの一端側の吸気口からの分子を吸気して他端側の排気口に排気するポンプにおいて、ケーシングに接続されたベースに磁気シールド部材を付設したことを特徴とする分子ポンプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は半導体製造装置や分析装置たとえば電子顕微鏡など電子ビームを用いる装置等の被排気部に接合されて中真空から超高真空にわたる圧力範囲で真空排気に使用される分子ポンプ、具体的にはたとえばターボ分子ポンプ、あるいはねじ溝ポンプに代表されるモレキュラードラッグポンプなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような分子ポンプにおいて、その代表的なターボ分子ポンプは、その主体をなすターボ機構が円筒状のケーシング内に回転自在に保持され、ケーシングの一方側における吸気口からの分子、ガス等を吸気し、他方側の排気口に排気する構成をなしている。すなわち、ターボ機構はケーシングの中央部位の軸芯に配置された回転体がケーシングに設置された上下の磁気軸受にて回転自在に保持されるとともに、この回転体は同じくケーシングに架設されたモータにて高速回転されるよう連結されている。そして、このターボ機構は回転体の外周部に複数段固定された回転翼とケーシング側に固定された複数段の固定翼との組み合わせであって、この中で回転翼がモータにて高速回転、具体的には１分間に数万回転という回転速度で駆動され、ガス、分子を圧縮して排気する。
【０００３】
従来におけるターボ分子ポンプの一般的な例を示すと図１２に示すとおりである。なお、この図１２は被排気部に接合されていない状態を示している。以下、このターボ分子ポンプＴＰの主体であるターボ機構ＴＫについて説明すると、回転軸３の上方部には一体的に円筒部４Ｎが形成されていて、この円筒部４Ｎには外周に複数段（具体的には８段）の回転翼Ｂ１〜Ｂ８（図面には最上段の回転翼Ｂ１と最下段の回転翼Ｂ８のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している）が延設されている。この回転翼Ｂ１〜Ｂ８は軸芯方向に一定の間隔を有して配置されている。この回転軸３と回転翼Ｂ１〜Ｂ８などは一体的であり、回転体４を構成している。他方、上方に吸気口６が形成されたケーシング５の内周側からは、固定翼Ｔ１〜Ｔ７（図面には最上段の固定翼Ｔ１と最下段の固定翼Ｔ７のみ符号を付してその他の付記は省略している）が各回転翼Ｂ１〜Ｂ８と交互に設けられターボ機構ＴＫが構成されている。なお、図１２においてＳは各固定翼Ｔ１〜Ｔ７を一定の間隔で保持するためのスペーサである。７は排気口である。
【０００４】
この回転軸３はポンプ機台部１に架設された上下の磁気軸受８Ａ、８Ｒにて回転自在に保持されるとともに、モータ２と結合されている。すなわち、８Ａはアキシャル用の磁気軸受であり、また８Ｒはラジアル用の磁気軸受で、これらにより回転軸３を確実に軸受している。永久磁石のＮ極とＳ極が例えば１８０°や９０°毎に等配されることにより構成され、モータステータは例えば６個や１２個の電磁石が等配されることにより構成されている。これらのステータ側の電磁石がシャフト側の永久磁石と作用することにより、シャフトが回転駆動される。
磁気浮上型のターボ分子ポンプでは、シャフトに設けられた鉄等の強磁性体部に近接してベース側に電磁石が配置され、半径方向および軸線方向のシャフトの位置制御用磁気軸受を構成している。３Ｇはポンプ機台部１の底部に設置されたギャップセンサである。他方、モータ２の一方を構成する回転子（図示せず）がこの回転軸３に内設され一体的に取付られている。この回転子はポンプ機台部１に架設された電極コイル１Ｋと協働しモータ２を構成する。このモータ２にはインバータ（図示せず）から電気エネルギーが供給され、回転軸３を高速で回転駆動する。
【０００５】
そして、さらに回転体４の一部すなわち具体的には下方には円筒部４Ｎが一体的に形成され、しかもその外周にはねじ溝（この溝は図面では明確には開示されていない）が形成されている。なお、このねじ溝はステータリング１０の側に形成される場合もある。このねじ溝は下方になるにつれて溝の深さが浅い円錐上をなしている。しかもこの円筒部４Ｎの外周はベースを兼ねた下部ケーシング９の内周に接合されたステータリング１０の内周面に近接している。このステータリング１０の内周面と前記円筒部４Ｎとの組合わせによってねじ溝ポンプＮＰが構成されている。このねじ溝ポンプＮＰはドラッグポンプとして機能し、粘性流領域における分子を引き込んで排気する。
【０００６】
このようなターボ分子ポンプＴＰは、ターボ機構ＴＫによるターボポンプ機構とねじ溝ポンプＮＰによるねじ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプＴＰとしては、このようなハイブリッド形のものが排気特性が良く、よく利用されている。なお、分子ポンプとしてはターボ機構ＴＫのみを採用するものと、上記したステータリングと外周にねじ溝が形成された回転体（円筒体）との組合わせのみからなるねじ溝ポンプＮＰなどがある。
また、ターボ分子ポンプによっては吸気口部には内部への異物の混入や落下を防ぐためのネットが設けられており、四角形や六角形等の穴が多数開いている。コンダクタンスを確保するため開口穴はネット全面に設けられ、耐食性・防錆のためステンレス鋼やアルミニウム合金で作成されている（特許文献１参照）。また磁気遮蔽の工夫も行われている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４７７９０号公報
【特許文献２】特開２０００−２００５７６号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
ターボ分子ポンプのロータの回転駆動や位置制御のために、モータや磁気軸受部分より生じる磁場がポンプ外部へ漏洩するという問題がある。特に磁気軸受のうち、アキシャル方向の位置制御用の電磁石は分子ポンプ機台部の底部に位置しているため、ポンプ機台部の底部より外部へ磁場が漏れた場合、他のモータやラジアル磁気軸受の電磁石の場合に比べ空間による減衰が少ないと考えられる。
電子顕微鏡など電子ビームを用いる装置の真空排気にこの分子ポンプを採用した場合、ポンプからの漏れ磁場により電子ビームの軌道が影響をうけるため、ポンプから漏洩する磁場を低減したいという要望がある。
【０００８】
この漏洩磁場を低減する技術として、鉄等の高透磁率材料で構成された磁気シールド部材で囲う方法が考えられるが、この方法にはつぎのような問題がある。
第１は分子ポンプ装置全体が大型化し、重量化による操作性の低下、およびコストアップとなる。
第２は分子ポンプの吸気口側は真空排気対象のチャンバ等と接続されているために磁気シールド対策をとることが難しく、ポンプ吸気口側からの漏洩磁場の低減が困難である。
本考案はこのような問題を解消できる分子ポンプを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願考案が提供する分子ポンプは、上記課題を解決するためにつぎのような解決手段を備えたものである。特に主要な考案をまとめるとつぎの５つを挙げることができる。
本考案が第１に提供する分子ポンプは、回転体の軸芯上でかつ吸気口部位に回転体の軸方向からポンプ外部に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を付設したものである。したがって、回転体から吸気口に向けての磁束の漏洩は磁気シールド部材の存在により消去される。
本考案が第２に提供する分子ポンプは、ポンプ機台部の底部に設けられ回転体を軸受する磁気軸受からポンプ底部の外方に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材をポンプ機台部の底部に設けたものである。したがって、ポンプ機台部の底部から底部外方への磁束の漏洩が磁気シールド部材にて消去される。
本考案が第３に提供する分子ポンプは、吸気口に異物混入を防止するネットが付設されている分子ポンプにおいて、前記回転体の軸方向からポンプ底部の外方に漏洩する磁束をシールドする磁気シールド部材を前記ネットにあるいはネットの中央部に設けたものである。したがって、磁束はこの磁気シールド部材によってシールドされ漏洩されない。
本考案が第４に提供する分子ポンプは、吸気口に異物混入を防止するネットが付設されている分子ポンプにおいて、ネットで磁気シールド部材を構成したものである。したがって、このネットのシールド部材にて磁束はシールドされる。
さらに本考案が第５に提供する分子ポンプは、ポンプのケーシング内周面等に磁気シールド部材を張設したものであり、半径方向への磁束の漏洩も阻止される。
【考案の効果】
【００１０】
吸気口部位のネットあるいはポンプ機台部の底部のカバーを鉄等の強磁性体で形成することによって、分子ポンプのモータ部または磁気軸受部から生じる磁場が回転軸の軸線の上下方向へ漏れ出る磁束を吸収し、ポンプ外部へ漏洩する磁場を低減することができる。
また同時に、ケーシング内周面やベース内周面に磁気シールド部材を配置することで、半径方向に漏れ出る磁束を吸収し、ポンプ外部へ漏洩する磁場を低減することができ電子顕微鏡等の使用に支障をきたすことは解消される。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１１】
本考案が適用される分子ポンプはターボ機構のみからなるターボ分子ポンプあるいは回転体とステータリング間に形成されるねじ溝ポンプ、さらにはターボ機構とねじ溝ポンプの組合わせを基本とする構成のハイブリッド形の分子ポンプが挙げられる。最良である分子ポンプはハイブリッド形である。これは排気特性が良好であるためである。すなわち、円筒状のケーシングの内部には回転体が軸受により支持され、この回転体の上方部にターボ機構が配置され、下方部にはドラックポンプとしてのねじ溝ポンプが配置される。
【００１２】
本考案はこのようなハイブリッド形の分子ポンプで、磁気軸受機構を採用したものにおいて、吸気口部に設けられたネットを鉄等の強磁性体で形成することで、吸気口側からポンプ外部への漏れ磁束を吸収させ、外部へ漏洩する磁場を低減するものである。ネットの中央部は、直下のロータがロータ翼部でないために排気作用がなく、開口しておく必要がない。したがってネットの中央部は円板状とすることで、磁束の吸収量（飽和磁束）を大きくすることができ、外部への漏れ磁場を低減する効果をより大きくすることができる。また、中央部の円板状の部分は厚さを増やしても開口部コンダクタンスに影響しないため、厚くして更に磁束の吸収量を大きくできる。
【００１３】
さらに本考案は、ポンプ機台部の底部における底カバーを鉄等の強磁性体で形成することで、ポンプ機台部の底部から外部への漏れ磁束を吸収させ、外部へ漏洩する磁場を低減するものである。
さらに本考案は、ケーシングの内周面またはベース内周面に磁気シールド部材を配置することで、ポンプの外周から半径方向外側への漏れ磁束を吸収させ、外部へ漏洩する磁場を低減するものである。ただし、鉄で形成した場合は防錆のためニッケルメッキ等の表面処理を実施する。さらに、ケーシング内周面やベース内周面に磁気シールド部材を配置することで、ポンプ外周面より半径方向外側へ漏れ出る磁場を低減することができる。これらをすべて備えた分子ポンプが最良の形態である。
以下、図面に示す実施例にしたがって本考案を説明するが、それぞれの実施例では、具体的にはターボ分子ポンプＴＰの例を示して本考案の分子ポンプの構成を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本考案の第１の実施例は図１、図２に示すように、分子ポンプの吸気口６の部位に磁気シールド部材Ｓ１を設けたものである。すなわち図２に示すように、吸気口６の内周面から中央部に支持部材６Ｓが設けられ、吸気口６の中央部に円盤状の磁気シールド部材Ｓ１を配設したものである。この場合、磁気シールド部材Ｓ１を鉄等の強磁性体材料で形成する。このように磁気シールド部材Ｓ１を吸気口６に配設することによって回転体４からの磁場の漏洩が解消されることになる。この第１の実施例は吸気口６にネットが付設されていない例であるが、支持部材６Ｓの材質や形状は図示例に限定されない。なお、図１は縦断面を示し、図２は上面からみた図である。
【実施例２】
【００１５】
本考案の第２の実施例は分子ポンプにおけるポンプ機台部１の底部、具体的には底部に磁気軸受８Ａを設ける関係で形成された開口の蓋として機能する部材を磁気シールド部材Ｓ２として構成したもので、この場合も材料としては鉄等の強磁性体材料で構成する。その構成は図３に示されている。
【実施例３】
【００１６】
本考案の第３の実施例は吸気口６の内方に異物混入を防ぐネット６Ｎが付設された形式の分子ポンプにおいてこのネット６Ｎに磁気シールドの機能をもたせるものである。この具体例は図４に示すように、ネット６Ｎそれ自体を磁気シールド部材Ｓ３として構成するものである。この実施例の場合も具体的には磁気シールド部材として強磁性体材料である鉄材料が採用され、さらにこの鉄材料に防錆処理としてニッケルメッキが施される。この実施例では、前記第１の実施例と機能は若干異なるが、磁場の漏洩は防止される。なお、図４は分子ポンプを上面より見た図である。
【実施例４】
【００１７】
本考案の第４の実施例は、吸気口６における中央部のネット開口加工を施さない円盤を磁気シールド部材Ｓ４として配設するもので、この構成は図５、図６に示される。なお、図６はネット６Ｎと磁気シールド部材Ｓ４のみを取り出しその平面を示す図であり、図７は側方より見た図である。この実施例では、分子ポンプにおけるネット６Ｎの磁束吸収効果（飽和磁束）が高められる。さらに変形例としてこの磁気シールド部材Ｓ４の部分の厚さを厚くした実施例を挙げることができる。この構成は図６の断面図を示す図７と同様の形で示す図８に示すとおりである。ネット６Ｎの厚さを一様にすると、ネット外周部の開口部のコンダクタンスが悪化し排気性能の低下につながるが、図８に示すとおり磁気シールド部材Ｓ５の中央部のみを厚くしてもコンダクタンスに影響しないため排気性能の低下を招くことなく、漏れ磁束の吸収効果を高めることができる。
【実施例５】
【００１８】
本考案の第５の実施例は、分子ポンプにおける半径方向への漏洩磁場を低減するためのもので、ケーシング５の内周面および回転体４の外周面さらには回転体４の保持部１１の外周面に、それぞれ磁気シールド部材Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を張設したもので、その構成は図９に示すとおりである。
【実施例６】
【００１９】
本考案の第６の実施例は、ポンプ機台部１の底部における部位および内周面に磁気シールド部材Ｓ９を設置したものである。この実施例の構成は図１０に示されている。
【実施例７】
【００２０】
本考案の第７の実施例として上記各実施例の組み合わせ形の実施例が考えられる。たとえば吸気口６にネット６Ｎが設けられた分子ポンプで、ネット６Ｎの中央部位に磁気シールド部材Ｓ１０を設置するとともに、ポンプ機台部１の底部にも磁気シールド部材Ｓ９を設け、さらにケーシング５の内周面にも磁気シールド部材Ｓ６を設けた図１１に示す分子ポンプの実施例を挙げられる。この第７の実施例で磁気シールド部材Ｓ６が不要ならを設けないようにすることも可能で、これらの組み合わせは適宜目的や用途によって選択することができる。
【００２１】
以上本考案の実施例を第１から第７までそしてその他の実施例を提示したが、これら実施例に限定されるものではない。たとえば磁気シールド部材を鉄以外の強磁性体材料で構成する例も挙げることができる。なお、図１から図１１において図１２の符号と同一の符号で示される部品は図１２と同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本考案の第１の実施例の構成を縦断面して示す図である。
【図２】本考案の第１の実施例の要部の構成を示す平面図である。
【図３】本考案の第２の実施例の構成を示す図である。
【図４】本考案の第３の実施例の構成を示す図である。
【図５】本考案の第４の実施例の構成を示す図である。
【図６】本考案の第４の実施例の構成を示す図である。
【図７】本考案の第４の実施例を側面より見た図である。
【図８】本考案の第４の実施例を側面より見た図である。
【図９】本考案の第５の実施例の構成を縦断面して示す図である。
【図１０】本考案の第６の実施例の構成を縦断面して示す図である。
【図１１】本考案の第７の実施例の構成を縦断面して示す図である。
【図１２】従来の分子ポンプの構成を縦断面して示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ポンプ機台部
１Ｋ  電極コイル
２  モータ
３  回転軸
３Ｇ  ギャップセンサ
４  回転体
４Ｎ  円筒部
５  ケーシング
６  吸気口
６Ｎ  ネット
６Ｓ  支持部材
７  排気口
８Ａ、８Ｒ  磁気軸受
９  下部ケーシング
１０  ステータリング
１１  保持部
Ｂ１〜Ｂ８  回転翼
Ｓ１〜Ｓ１０  磁気シールド部材
ＳＰ  スペーサ
Ｔ１〜Ｔ７  固定翼
ＴＫ  ターボ機構
ＴＰ  ターボ分子ポンプ
ＮＰ  ねじ溝ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003119272.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003119272.tif 000011
【図１０】
0003119272.tif 000012
【図１１】
0003119272.tif 000013
【図１２】
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